[發明專利]一種材料表面疏水化處理方法

在審

• 申請號: 201710850528.1
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107723706A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 郭飛;從碩;蔡景成
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C23C26/00
• 分類號: C23C26/00;D21H19/10;C09D5/16;D06M15/19;D06M15/233;D06M101/28;C03C17/28
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 陳玲玉

技術領域

本發明屬于表面共型鍍膜技術領域，特別涉及到一種材料表面疏水化處理方法。

背景技術

疏水性是材料表面的重要特征之一，它是由材料的化學組成和表面幾何結構共同決定的。其性質通常用水接觸角來評價。一般來說，水在固體表面接觸角超過90°的表面稱為疏水表面。當水在固體表面的接觸角超過150°時，該表面稱為超疏水表面。

隨著社會的發展，工業上和生活中對材料疏水性的要求越來越高。對于防水服裝、包裝材料、防水電子產品、自清潔表面、防霧表面等許多應用來說，較高的水接觸角是疏水性最有效的關鍵基礎。目前對于該類產品的疏水功能還有待提高，這也是各生產企業著力解決的技術問題。

材料表面疏水改性的方法主要有物理法和化學法。物理改性的結果是改性劑與材料存在范德華力、氫鍵力等分子之間的相互作用力，但不存在共價鍵或離子鍵作用，改性效果不穩定。化學改性主要是指改性劑與材料表面發生化學反應，形成性質穩定的疏水薄膜層。其中利用氟硅烷、硅烷偶聯劑等對材料表面進行接枝改性是最常用的疏水改性方法。[K Sirichai,Li K.Preparation and characterization of hydrophobic ceramic hollow fiber membrane[J].Journal of Membrane Science,2007,291(1):70-76]利用全氟乙氧基硅烷(FAS)對Al₂O₃陶瓷中空纖維膜進行修飾，陶瓷膜表面接觸角達到接近120°。中國專利CN103088629A以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)織物為原材料，利用十六烷基三甲基溴化銨和強堿化合物等對PET無紡布進行預處理，然后放入硅烷前驅體，之后加入疏水烷基硅烷化合物，熱處理后獲得水接觸角大于150°的疏水表面。然而，幾乎所有傳統的液相薄膜涂覆方法都是濕法制備。濕法改性的缺點是操作時間長，操作程序繁瑣；改性所需要的試劑量消耗大，涂覆過程往往需要使用有機溶液，因此不適用于對有機溶液敏感的基底材料(如塑料等)；較難控制薄膜厚度，在結構復雜的表面難以形成均勻共型的納米尺度薄膜。

化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)是化學改性的另外一種方法，它是把含有構成薄膜元素的氣態反應劑或者液態反應劑的蒸氣及反應所需其它氣體引入反應室，在襯底表面發生化學反應，并把固體產物沉積到表面生成薄膜的過程。它包括4個主要階段：①反應氣體向材料表面擴散；②反應氣體吸附在材料的表面；③在材料表面產生化學反應；④氣態副產物脫離材料表面。

傳統化學氣相沉積主要包括等離子增強化學氣相沉積(PECVD)和激光化學氣相沉積(LCVD)等。等離子增強化學氣相沉積是借助氣體輝光放電產生的等離子體來增強反應物質的化學活性，促進氣體間的化學反應。但是等離子體產生過程會附帶較高的能量，對表面疏水改性所需的含氟基團有較大的破壞作用，薄膜的化學結構無法精確控制且所需官能團不易保存；對所需疏水改性材料的耐溫要求也較高。另外，PECVD反應所需的能量較高，不利于表面疏水改性條件和改性成本的控制。

所以，開發一種操作簡單、條件溫和、過程可控、適用范圍廣、納米尺度、與原材料表面共型的疏水化處理方法非常重要。

發明內容

針對以上材料表面處理的現狀及存在的不足，本發明旨在提出一種工藝簡單、設備簡易、條件溫和、過程可控、適用范圍廣的材料表面疏水化處理方法，所述方法能夠在材料表面形成一層厚度均勻的納米級疏水性薄膜，并達到很好的共型效果。

本發明基于化學氣相沉積法對材料表面進行納米尺度表面共型疏水性鍍膜?；瘜W氣相沉積法是一種綠色新型的功能高分子薄膜制備方法。其結合傳統的液相自由基聚合反應與化學氣相沉積技術，方法將聚合所需的引發劑和功能單體氣化引入腔體，在較低加熱溫度下誘導引發劑裂解，使單體聚合成高分子薄膜沉積于基底上。

為達到以上發明目的，本發明采用的技術方案是：

一種材料表面疏水化處理方法，所述處理方法是在材料微觀表面共型鍍膜系統中完成，所述材料微觀表面共型鍍膜系統包括：化學氣相沉積反應腔室(32)，分別與反應腔室側面相連通的進氣供給系統(1)和真空控制系統(23)，位于反應腔室上部的電熱合金絲加熱系統(27)，位于反應腔室下部的循環水冷卻系統(18)，位于反應腔室頂部的石英觀察窗(30)；具體的材料表面疏水化處理步驟如下：

步驟1，將待鍍的材料做預處理；